原标题：基于CAE分析的摩托车引擎盖压铸模具设计

摩托车引擎盖作为车身核心承载部件，需兼具轻量化与高强度特性，其尺寸精度普遍要求高于±0.1 mm，表面粗糙度需控制在Ra 1.6 μm以内。当前，高硅铝合金（如ADC12）因其优异的流动性与耐蚀性成为此类薄壁壳体零件的首选材料。然而，复杂的几何特征（如深腔、密集孔系）导致传统模具设计易产生流痕、冷隔等缺陷，废品率较高。根据客户需求，利用铝合金压铸工艺针对某型号摩托车引擎盖的生产进行模具设计和优化，并使用AnyCasting软件进行模流分析，验证模具设计的合理性，以期获得性能优良、表面无缺陷的产品。

图文结果

所设计摩托车引擎盖材质为ADC12铝合金，其化学成分见表1，Si含量达10.6%（质量分数，下同），具有良好的流动性和填充性，并显著提高了高温强度与耐磨性，同时相比A380合金有相对高的耐蚀性。图1为铸件结构示意图和尺寸示意图。该铸件形状较为复杂，整体呈壳状，具有孔位（A）、深腔（B）、强筋（C）等多种难成形结构，孔位较多且多分布于侧壁，深腔面积大，强筋结构多，成形时易产生缩孔缩松等微观缺陷。该铸件最大宽度为208.4 mm，最大长度为252.2 mm，最大孔径为27.3 mm，最小孔径为4.1 mm。

图2为铸件壁厚分布云图。可以看出，该铸件壁厚分布极不均匀，铸件中心区域存在厚度为18 mm的凸台，与周边薄壁区（1.12 mm）形成显著梯度差，且强筋结构处壁厚变化剧烈，在后续冷却过程中难以实现连续凝固，成形较为困难。为此，需通过浇注系统与冷却系统的协同设计实现热平衡控制。

表1 ADC12铝合金化学成分(%)

图1 壳体零件三维模型

图2 铸件壁厚分布云图

合理的分型面设计可以简化工艺的流程，有利于延长模具的使用寿命和降低成本。分型面的设计要结合坯料的结构特点，满足排气和嵌件的要求。此产品刻字面为外观面，要求不可有分型痕迹和段差；分型面有两处枕位，做碰穿面；分型面的设计要保证生产时产品留在动模，不可粘定模。综合分析应将分型面选在脱模方向的最大外轮廓处。图3中红色曲线即为分型面轮廓。

以分型面为基准进行公差内起模，产品的所有孔位都需要起模，需要设计合适的起模角度。为避免产品拉伤，起模斜度单边均大于1°。图4为起模模拟结果，起模效果满足预期要求。

图3 分型面设计

图4 起模设计

合理的浇注系统不仅可以控制填充速度，还可以改善金属液在模具型腔内的流动性和温度分布，避免卷气的同时减少厚壁处夹渣、缩松等微观缺陷的产生。此产品为类半球形铸件，金属液的填充区域面积较大，为保证金属液能快速填充型腔，在铸件周边设置多处侧浇口以利于金属液的流动。该产品局部壁厚差异较大，厚壁处易产生缩孔缩松等缺陷，将内浇口设置在厚壁处以实现金属液的充分补缩。合理的设计波浪板可以控制金属液流动方向，减缓流速，均匀分布金属液压力。图5为浇注系统设计。浇注系统采用“环形横浇道+扇形内浇口”结构，并设计了均匀环绕铸件的多条溢流条、合理设置了波浪板位置，在不影响分型的前提下保证了金属液平稳流动，避免缺陷的产生，提高产品的质量。

图6为定模和动模点冷水路位置。此产品为类半球形零件，壳体部分较薄、面积较大，深腔部位多强筋，壁厚不均匀，不利于一体化平面型冷却系统的设计，针对壁厚梯度易引发的热失衡问题，提出“分区点冷+动态调控”策略。 使用独立的点冷式冷却系统。在定模和动模的深腔处，尤其是中心厚壁处设置多个深层冷却点位，有利于模具整体温度场均匀分布，进一步降低铸件内部应力，提高了压铸件的致密性。

图7为点冷式冷却系统装配示意图，高压水泵将冷却液压进嵌入模具的冷却点位，不同位置嵌入模具的深度不同，厚壁及深腔的冷却点位要求嵌入更深处。

图5 浇注系统设计
1.溢流条 2.波浪板 3.直浇道

图6 点冷式冷却系统设计

图7 点冷式冷却系统装配示意图

考虑到此铸件孔系较多且结构复杂，所有孔系均做成动模镶针，简化模具的同时又能保证孔系气密性和铸件质量。根据产品结构，在保证模具强度的前提下计算模具的尺寸，最终设计为600 mm×630 mm×290 mm的模具。本模具采用两板式结构，将设计好的模架、套板、型芯、座板、浇口套、支承柱、推杆、支承板、推板和抽芯结构等部件进行装配，整体装配图见图8。

为验证模具设计的合理性，使用AnyCasting软件对铸件的充型过程进行模拟分析。浇注温度为680 ℃、模具初始温度为200 ℃、初始注射速度为5 m/s、加速比为10。从金属液进入浇口开始对物料踪迹进行观察，直到型腔填充完整，见图9。可以看出，铸件充型过程顺利，型腔填充饱满，整体充型时间为0.255 8 s。充型过程中金属液流动较平稳，孔系周围无明显夹渣、卷气现象。

图8 模具装配图

图9 CAE模流分析

结论

（1）摩托车引擎盖铸件所有孔系型芯采用嵌入式，既能简化模具结构，又能保证孔系气密性和铸件质量。

（2）针对铸件壁厚分布不均匀问题采用侧浇口浇注系统，于厚壁处设置多条内浇口，实现快速填充的同时保证了厚壁处金属液的充分补缩。

（3）选择独立的点冷式冷却系统可以改善模具整体温度场，降低铸件内应力，防止裂纹、缩孔、缩松等缺陷的产生。

《基于CAE分析的摩托车引擎盖压铸模具设计》

徐虹1 赵淼1 王瑞1 刘国军1
马世忠2 蔡瀚荣1 张超3 宋来福3

1. 吉林大学材料科学与工程学院；2. 大连三重精密机械有限公司；3. 长春一汽富维汽车零部件股份有限公司车轮分公司

本文转载自《特种铸造及有色合金》2026年第4期